NL2006079C2

NL2006079C2 - Werkwijze en inrichting voor het behandelen van biomassa.

Info

Publication number: NL2006079C2
Application number: NL2006079A
Authority: NL
Inventors: Peter Christiaan Albert Bergman
Original assignee: Topell Energy B V
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-07-31
Also published as: PT2668249T; US9347011B2; CA2822020A1; WO2012102617A1; ZA201304360B; EP2668249A1; CN103339227B; EP2668249B1; RU2596743C2; CA2822020C; RU2013139535A; BR112013018884A2; MY170722A; CN103339227A; BR112013018884B1; US20130298457A1

Description

P30540N LOO/ΕΝ Y

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het behandelen van biomassa

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behandelen van biomassa, omvattende: het toevoeren van biomassa, waarin een hoeveelheid vocht is opgenomen, aan een torrefactiesysteem, 5 - het verhitten van de biomassa met het daarin opgenomen vocht in het torrefactiesysteem tot een torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C, waarbij de biomassa met het daarin opgenomen vocht in hoofdzaak volledig wordt gedroogd door verdamping van het vocht en de gedroogde biomassa ten minste gedeeltelijk torreficeert tot getorreficeerde biomassa.

10 In deze octrooiaanvraag wordt met de aanduiding biomassa elk organisch materiaal bedoeld. Biomassa is aanwezig in biologisch afbreekbaar industrieel en huishoudelijk afval, zoals GFT-afval en oud papier. Ook biologisch afbreekbare producten, afvalstoffen en residuen van de landbouw en andere bedrijfstakken bevatten biomassa, bijvoorbeeld gemaaid gras en snoeihout.

15 De opwekking van duurzame energie is mogelijk door het meestoken van biomassa in elektriciteitscentrales. De energie-infrastructuur van kolencentrales is echter gebaseerd op kolen als brandstof. Biomassa kan niet zonder voorbehandeling worden meegestookt in kolencentrales, omdat de eigenschappen van biomassa aanzienlijk verschillen van kolen. Bijvoorbeeld zijn de maalbaarheid, verpulvering en stookwaarde van biomassa onvoldoende 20 om de biomassa zonder voorbehandeling mee te stoken in een kolencentrale. Daarnaast is de energiedichtheid van biomassa aanzienlijk lager dan de energiedichtheid van kolen, zodat de logistiek en de opslag van biomassa relatief duur zijn. Verder verhindert de brede diversiteit van biomassasoorten een grootschalige standaardisatie van biomassabrandstof, hetgeen de vorming van een mondiale markt van biomassabrandstoffen bemoeilijkt.

25 Om biomassa beter geschikt te maken als brandstof voor het meestoken in kolencentrales is bekend om de biomassa voor te behandelen, bijvoorbeeld door torrefactie. Torrefactie is een thermische voorbehandelingsmethode voor biomassa, die toepasbaar is voor alle soorten biomassa. Tijdens het torrefactieproces wordt de biomassa in een zuurstofarme tot zuurstofloze gasvormige omgeving, gewoonlijk onder atmosferisch druk, 30 verhit tot een torrefactietemperatuur van 180-350 °C. De ondermaat aan zuurstof verhindert dat de biomassa kan verbranden. In plaats daarvan treedt het “roosteren” van de biomassa op, hetgeen aanleiding geeft tot massaverlies door ontgassing. Het massaverlies is -2- gewoonlijk lager dan het energieverlies, waardoor energieverdichting optreedt. Nadat de biomassa is getorreficeerd, is de energie per massa-eenheid toegenomen. De getorreficeerde biomassa vormt een biomassabrandstof met een hogere verbrandingswaarde. Bijvoorbeeld ligt het massaverlies rond 30 %, terwijl de energiewaarde 5 slechts 10 % reduceert.

Tijdens torrefactie treden chemische modificaties van de biomassastructuur op. De biomassa verliest zijn mechanische sterkte en veerkracht, waardoor de maalbaarheid sterk verbetert. Door de getorreficeerde biomassa te malen en vervolgens samen te persen, neemt de energie per volume-eenheid toe, zodat de energiedichtheid vergelijkbaar wordt 10 met die van kolen. Daarnaast vertoont getorreficeerde biomassa hydrofoob gedrag, zodat deze beter bestand is tegen inwerking door water of luchtvochtigheid. Tijdens de opslag van de door torrefactie geproduceerde biomassabrandstof is het risico van rotting en broei minimaal.

Biomassa bevat in het algemeen ongebonden en gebonden water. Ongedroogde 15 biomassa bevat vrijwel altijd een vochtgehalte van minimaal 8 % op massabasis. Het vochtgehalte van natuurlijke biomassa kan echter ook bijvoorbeeld meer dan 50 % op massabasis bedragen. Voorafgaand aan het torrefactieproces bevat de biomassa dus een aanzienlijke hoeveelheid vocht. De verwijdering van vocht uit de biomassa voorafgaand aan het bereiken van de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C is technisch en economisch 20 een belangrijke stap. Voor biomassa met een relatief hoog vochtgehalte, bijvoorbeeld meer dan 20 %, kan de biomassa overigens eerst worden voorgedroogd tot het vochtgehalte is gedaald tot 10-20 %.

Na de eventuele voordroging wordt de biomassa toegevoerd aan een torrefactiesysteem, waarin de biomassa wordt verhit naar de torrefactietemperatuur van 25 minimaal 180 °C. Voordat het daadwerkelijke torreficeren van een biomassadeeltje optreedt, zal dit biomassadeeltje met het daarin opgenomen vocht eerst in hoofdzaak volledig moeten drogen door verdamping van het vocht uit het biomassadeeltje. Het biomassadeeltje doorloopt derhalve eerst een opwarmtraject dat bijvoorbeeld begint tussen 0-150 °C en dat eindigt in het temperatuurregime van torrefactie. Tijdens het opwarmtraject verdampt het 30 vocht uit de biomassa totdat de biomassa in hoofdzaak volledig is gedroogd - het vochtgehalte is daarbij gedaald tot slechts 0-5 %.

Eerst wordt de biomassa dus opgewarmd naar een droogtemperatuur die tussen ongeveer 50-150 °C ligt. Tijdens het verdampen van het vocht blijft de biomassa op de droogtemperatuur (droogfase). Nadat het vocht uit de biomassa is verdampt, kan de 35 temperatuur van de biomassa stijgen tot de torrefactietemperatuur. Het daadwerkelijke torreficeren van de biomassa begint pas zodra de temperatuur van de biomassa ongeveer 180 °C overschrijdt (torrefactiefase). De temperatuur waarbij het torreficeren van de -3- biomassa begint, is bijvoorbeeld afhankelijk van de soort biomassa. De biomassa wordt meestal verhit tot een hogere torrefactietemperatuur, zoals minimaal 260 °C. Nadat de biomassa volledig is getorreficeerd, wordt de getorreficeerde biomassa afgekoeld.

De opwarming van de biomassa tot de torrefactietemperatuur kost relatief veel 5 energie als gevolg van de verdamping van het vocht dat bij aanvang van de opwarming nog in de biomassa aanwezig is. Als de gewenste torrefactietemperatuur eenmaal is bereikt, kost de daadwerkelijke torrefactie van de biomassadeeltjes relatief weinig energie. De capaciteit van een torrefactietechnologie (massa van de te torreficeren biomassa per tijdseenheid) wordt derhalve vooral bepaald door de opwarming van de biomassa en de 10 daarbij optredende verdamping van vocht uit de biomassa.

Om het vocht uit de biomassa te verdampen en de gedroogde biomassa te torreficeren zijn verschillende methoden bekend, zoals een methode waarbij meerdere direct verhitte torrefactiereactoren van het type continu ideaal geroerde tank (CIGT) in serie zijn geschakeld. In een dergelijke reactor vindt de warmteoverdracht plaats door direct contact 15 tussen de biomassadeeltjes en een warmtemedium, zoals een heet gas. Daarbij wordt de benodigde energie voor het verdampen van het vocht uit de biomassa en het torreficeren van de gedroogde biomassa toegevoerd door het toevoeren van het hete gas dat in direct contact met de biomassadeeltjes staat. Door de hoge gasdoorlaatbaarheid van de biomassa kan een relatief grote hoeveelheid heet gas door de biomassa worden gevoerd.

20 In de torrefactiereactor van het type CIGT kan door de intensieve menging een goede warmteoverdracht worden bereikt. Tegelijkertijd treedt verblijftijdspreiding op in de torrefactiereactor van het type CIGT, waardoor niet alle biomassadeeltjes dezelfde tijd-temperatuurhistorie bezitten. Dit kan aanleiding geven tot verschillen in productkwaliteit tussen de getorreficeerde biomassadeeltjes en zelfs tot ongetorreficeerde biomassadeeltjes. 25 Om te waarborgen dat alle biomassadeeltjes voldoende worden getorreficeerd ondanks de verblijftijdspreiding in de torrefactiereactor van het type CIGT worden meerdere dergelijke direct verhitte torrefactiereactoren van het CIGT type in serie geschakeld. Als een biomassadeeltje in de eerste torrefactiereactor van het CIGT type niet of onvoldoende wordt getorreficeerd, is het risico gering dat dat biomassadeeltje na de volgende 30 torrefactiereactoren van het CIGT type nog steeds niet of onvoldoende is getorreficeerd.

De temperatuurbeheersing in het torrefactiesysteem met meerdere in serie geschakelde torrefactiereactoren van het CIGT type is echter niet optimaal. Daarnaast is de benodigde installatiehoogte van het torrefactiesysteem bijvoorbeeld ongeveer 30-40 meter. Verder is een systeem van valbuizen of andere transportmiddelen nodig om de 35 biomassadeeltjes van de ene torrefactiereactor naar de volgende torrefactiereactor te verplaatsen.

-4-

Een doel van de uitvinding is om een verbeterde werkwijze voor het behandelen van biomassa te verschaffen.

Dit doel is volgens de uitvinding bereikt doordat het torrefactiesysteem een eerste behandelinrichting en een tweede behandelinrichting omvat, waarbij het verhitten van de 5 biomassa tot de torrefactietemperatuur wordt uitgevoerd in de eerste behandelinrichting binnen een eerste tijdsduur, en de ten minste gedeeltelijk getorreficeerde biomassa na de eerste tijdsduur uit de eerste behandelinrichting wordt verwijderd, en waarbij de uit de eerste behandelinrichting verwijderde biomassa naar de tweede behandelinrichting wordt gebracht en vervolgens gedurende een tweede tijdsduur die langer is dan de eerste tijdsduur op een 10 temperatuur van minimaal 180 °C in de tweede behandelinrichting wordt gehouden.

De biomassa is gevormd door vaste biomassadeeltjes. De biomassa met het daarin opgenomen vocht wordt in het torrefactiesysteem met een ondermaat aan zuurstof (substoichiometrische hoeveelheid zuurstof) verhit tot de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C. Het torreficeren van de biomassa wordt in het torrefactiesysteem 15 uitgevoerd in een zuurstofarme tot zuurstofloze omgeving. Volgens de uitvinding wordt de biomassa binnen de eerste tijdsduur met een ondermaat aan zuurstof gedroogd en verhit tot de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C, bij voorkeur minimaal 200 °C. Daarbij worden de biomassadeeltjes ook ten minste gedeeltelijk getorreficeerd, d.w.z. een deel van de biomassadeeltjes is wel getorreficeerd en een deel van de biomassadeeltjes is nog niet 20 of nog niet volledig getorreficeerd bij het verlaten van de eerste behandelinrichting.

De biomassa verblijft slechts gedurende de eerste tijdsduur in de eerste behandelinrichting. Onmiddellijk na de eerste tijdsduur in de eerste behandelinrichting wordt de ten minste gedeeltelijk getorreficeerde biomassa overgebracht naar de tweede behandelinrichting. Daarin wordt de biomassa gedurende de tweede tijdsduur met een 25 ondermaat aan zuurstof op een torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C gehouden, bij voorkeur tussen 180-350 °C, zoals tussen 200-350 °C. Door de biomassa gedurende de tweede tijdsduur in de tweede behandelinrichting op de gewenste torrefactietemperatuur te houden is gewaarborgd dat alle biomassadeeltjes voldoende zijn getorreficeerd tot een biomassabrandstof met een hoge kwaliteit.

30 Volgens de uitvinding zijn enerzijds de droog- en opwarmfase en anderzijds de torrefactiefase procestechnisch gescheiden. Hierdoor kunnen de eerste behandelinrichting en de tweede behandelinrichting elk worden geoptimaliseerd voor de daarin uitgevoerde fase. Derhalve kan een combinatie van een of meer reactoren van een eerste type als eerste behandelinrichting en een of meer reactoren van een tweede type als tweede 35 behandelinrichting worden toegepast. Het is mogelijk om een dergelijke combinatie optimaal te laten aansluiten bij de behoefte van de droog- en opwarmfase en de torrefactiefase in het torrefactieproces. De reactor of reactoren van het eerste type kunnen primair de -5- energiebehoefte van het proces verzorgen, terwijl de kwaliteit van het getorreficeerde product kan worden gewaarborgd door de reactor of reactoren van het tweede type.

Hierdoor vormt de werkwijze volgens de uitvinding een relatief snel en goed opschaalbaar proces, dat bijzonder goed beheersbaar is door middel van temperatuurbeheersing in de 5 tweede behandelinrichting. Bovendien zijn de energiekosten relatief laag.

Het is volgens de uitvinding mogelijk dat de eerste tijdsduur maximaal 10 minuten is, bij voorkeur maximaal 3 minuten. De biomassadeeltjes worden in de eerste behandelinrichting binnen de eerste tijdsduur gedroogd en verhit tot de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C. Derhalve is de droog- en opwarmfase relatief 10 kort. Nadat de biomassadeeltjes de torrefactietemperatuur hebben bereikt, worden de biomassadeeltjes gedurende de relatief lange tweede tijdsduur “doorgewarmd” in de tweede behandelinrichting. De tweede tijdsduur kan minimaal 3 minuten zijn, bij voorkeur minimaal 5 minuten, zoals minimaal 10 minuten of minimaal 20 minuten.

Het is volgens de uitvinding mogelijk, dat de biomassa met het daarin opgenomen 15 vocht in de eerste behandelinrichting wordt verhit tot een temperatuur die hoger is dan 270°C, bij voorkeur hoger dan 260°C, en waarbij de biomassa in de tweede behandelinrichting op een temperatuur wordt gehouden die lager is dan de hoogste temperatuur die de biomassa in de eerste behandelinrichting bereikt. Bijvoorbeeld wordt de biomassa met het daarin opgenomen vocht in de eerste behandelinrichting verhit tot een 20 temperatuur tussen 260-290 °C, en wordt de biomassa in de tweede behandelinrichting op een temperatuur tussen 230-260 °C gehouden.

De geproduceerde biomassabrandstof verkrijgt hierdoor bijzonder gunstige eigenschappen, zoals thans zal worden toegelicht. Biomassa bestaat in hoofdzaak uit de polymeren cellulose, hemicellulose en lignine. Tijdens torrefactie ondergaan cellulose, 25 hemicellulose en lignine ontledingsreacties, waardoor de eigenschappen van de biomassa veranderen. Cellulose, hemicellulose en lignine ondergaan verschillende ontledingsreacties. Daarnaast bezitten cellulose, hemicellulose en lignine een verschillende mate van reactiviteit in het torrefactietemperatuurregime. De ontledingsmechanismen van cellulose, hemicellulose en lignine als functie van temperatuur kunnen worden ingedeeld in: A) 30 drogen, B) “glass transition” en/of “softening”, C) depolymerisatie en hercondensatie, D) beperkte ontgassing en carbonisatie, en E) intensieve ontgassing en carbonisatie.

In de hierboven genoemde ontledingsmechanismen A), B) en C) treedt relatief weinig massaverlies op - hooguit een gewenste ontgassing waarbij C02 en H20 worden gevormd. C02 en H20 hebben geen calorische waarde, zodat deze ontgassing wel massaverlies maar 35 niet of nauwelijks energieverlies tot gevolg heeft. In het hierboven genoemde ontledingsmechanisme D) neemt het massaverlies toe en in E) verloopt de ontledingsreactie -6- relatief snel. Tijdens de ontledingsmechanismen D) en E) wordt relatief veel energie naar de gasfase gebracht en neemt de energiewaarde van de biomassa af.

De reactiviteit voor cellulose, lignine en hemicellulose verschilt in sterke mate. Hemicellulose is het meest thermolabiel en ondergaat ontgassing en carbonisatie tussen 5 bijvoorbeeld ongeveer 200-280 °C. Cellulose is dan nog relatief stabiel en ondergaat ontgassing en carbonisatie in het temperatuurbereik van bijvoorbeeld ongeveer 250-360 °C. De ontleding van beide polymeren kenmerkt zich door een duidelijk piek in ontledingssnelheid. De ontleding van lignine begint bij bijvoorbeeld ongeveer 200 °C, en verloopt vervolgens relatief langzaam. Bij verhoging van de temperatuur neemt de 10 ontledingsnelheid gematigd toe. Pas boven ongeveer 280 °C vindt sterke ontgassing plaats, hoewel de reactiesnelheid daarbij kleiner is dan de reactiesnelheid die waarneembaar is voor beide andere polymeren. De genoemde temperaturen kunnen overigens verschillen per biomassasoort, en zijn bijvoorbeeld ook afhankelijk van de verschijningsvorm van de biomassa.

15 Om een biomassabrandstof met optimale eigenschappen te produceren is het wenselijk dat na het torrefactieproces de massa-afname zo groot mogelijk is, en het energieverlies zo beperkt mogelijk, terwijl de verdere gewenste eigenschappen eveneens zijn bereikt, zoals verbeterde maalbaarheid. De verbeterde eigenschappen worden vooral veroorzaakt door de vergaande ontleding van hemicellulose en depolymerisatie van 20 cellulose. Hierdoor verliest de biomassa zijn integriteit, hetgeen resulteert in bijvoorbeeld verbeterde maalbaarheid en hogere stookwaarde van het getorreficeerde product.

Bekend is om relatief lange verblijftijden toe te passen bij een torrefactieproces. De torrefactietijd is de tijdsduur waarin de biomassa op een temperatuur van minimaal 180 °C wordt gehouden, d.w.z. de tijdsduur voor de torrefactiefase. De torrefactietijd is in de stand 25 van de techniek meestal langer dan 15-30 minuten, hetgeen betekent dat de totale verblijftijd in een bekend torrefactiesysteem (de tijdsduur voor de droogfase, opwarmfase en torrefactiefase gezamenlijk) al snel meer dan 30 minuten bedraagt. De massaopbrengst bij een dergelijke verblijftijd en een temperatuur van ongeveer 280°C bedraagt in de orde van 80 % tot 90 % van de massa van de droge, ongetorreficeerde biomassa. Het massaverlies 30 wordt vooral veroorzaakt door ontleding van hemicellulose.

Verrassenderwijs is volgens de uitvinding gebleken dat de ontleding van hemicellulose zeer veel sneller kan verlopen dan bekend is in de stand van de techniek.

Door de toepassing van hoge opwarmsnelheden kan op een torrefactietemperatuur van 280 °C een massaopbrengst van 80 tot 90 % behaald worden bij een torrefactietijd van 35 minder dan 300 seconden, bij voorkeur minder dan 180 seconden. Aangezien de reactiviteit van hemicellulose aanzienlijk hoger is dan de reactiviteit van cellulose en lignine, kan bij een -7- dergelijke korte reactietijd de ontleding van cellulose en lignine grotendeels worden voorkomen.

Volgens de verbeterde werkwijze volgens de uitvinding wordt gedifferentieerd tussen de ontleding van hemicellulose en de ontleding van beide andere polymeren. Eerst wordt de 5 biomassa in de eerste behandelinrichting verhit tot de torrefactietemperatuur die hoger is dan 260 °C, bijvoorbeeld tussen 260-290 °C. De biomassa wordt maximaal 10 minuten, bij voorkeur maximaal 3 minuten, in de eerste behandelinrichting aan deze torrefactietemperatuur onderworpen, zodat de ontleding van cellulose en lignine grotendeels wordt voorkomen en het energieverlies beperkt blijft.

10 Door vervolgens in de tweede behandelinrichting de torrefactietemperatuur te verlagen, bijvoorbeeld tot 230-260°C, blijft de verdere ontleding van cellulose en lignine in hoofdzaak beperkt tot depolymerisatie en hercondensatie. Hierbij wordt relatief veel C02 en H20 gevormd, hetgeen tot gevolg heeft dat de massa afneemt, terwijl de energie in het getorreficeerde product behouden blijft. Bovendien ontstaat een verhoogde concentratie van 15 lignine, die verrassenderwijs zodanig intact is gebleven dat de plastische en bindende eigenschappen tijdens het verdichten van de biomassa optimaal benut kunnen worden. De op deze manier volgens de uitvinding getorreficeerde biomassa leidt tot een betere energieverdichting, betere maalbaarheid en verbeterde hydrofobe eigenschappen.

De eerste behandelinrichting kan volgens de uitvinding op verschillende manieren 20 zijn uitgevoerd. Het is volgens de uitvinding bijvoorbeeld mogelijk dat de biomassa in de eerste behandelinrichting tot de torrefactietemperatuur wordt verhit door het toevoeren van een heet gas aan de eerste behandelinrichting, dat in direct contact met de biomassa wordt gebracht. Het hete gas kan daarbij worden toegevoerd aan de eerste behandelinrichting zodanig dat biomassadeeltjes van de biomassa in de eerste behandelinrichting worden 25 gefluïdiseerd. Hierdoor is de warmteoverdracht tussen de biomassa en het hete gas bijzonder groot.

De eerste behandelinrichting volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd volgens het principe van de continu geroerde tank (CIGT) reactor. Een voorbeeld van een CIGT reactor is een reactor met een gefluïdiseerd bed, zoals een “bubbling fluidised bed” of 30 een “torroidial fluidised bed”. De eerste behandelinrichting omvat bijvoorbeeld een direct verhitte reactor van het CIGT type of twee in serie geschakelde direct verhitte reactoren van het CIGT type. De droog- en opwarmfase verloopt daarin relatief snel, zodat de biomassa relatief snel de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C bereikt.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is de eerste behandelinrichting voorzien van een 35 ringvormige behandelkamer die een in hoofdzaak verticale hartlijn bepaalt, welke behandelkamer een toevoer voor biomassadeeltjes, een afvoer voor biomassadeeltjes en een bodem omvat, welke bodem is voorzien van inlaatopeningen die schuin ten opzichte -8- van de verticale hartlijn naar boven in de behandelkamer uitmonden, waarbij een heet gas wordt toegevoerd aan de inlaatopeningen voor het op de bodem vormen van een gefluïdiseerd bed van biomassadeeltjes dat in omtreksrichting van de ringvormige behandelkamer wordt verplaatst. Een dergelijke torbedreactor is bijvoorbeeld bekend uit 5 W099/16541. Door toepassing van een torbedreactor als opwarminrichting is de warmteoverdracht tussen het toegevoerde hete gas en de biomassa bijzonder groot.

Volgens de uitvinding kan het hete gas dat wordt toegevoerd aan de eerste behandelinrichting minimaal 2 % zuurstof op volumebasis bevatten, bij voorkeur minimaal 5% zuurstof op volumebasis of minimaal 6 % op volumebasis. Onder zuurstof wordt in deze 10 beschrijving het molecule of gas 02 verstaan. De torrefactie van biomassa vindt in het algemeen plaats in een zuurstofarme tot zuurstofloze (inerte) atmosfeer. De aanwezigheid van zuurstof kan tot partiële oxidatie van de biomassa leiden, hetgeen resulteert in verminderde productopbrengst en een kwalitatief minder goed product. De aanwezigheid van zuurstof leidt bovendien tot het risico van temperatuurstijging in de torrefactiefase, zodat 15 de temperatuur minder goed beheersbaar is.

In verband met het gewenste lage zuurstofgehalte is uit de stand van de techniek bekend om in een direct verhitte torrefactiereactor een inert gas of een proces-eigen torrefactiegas te gebruiken. Rookgassen, die bijvoorbeeld afkomstig zijn van verbrandingsprocessen, zijn meestal goedkoop beschikbaar. Rookgassen kunnen in een 20 direct verhitte torrefactiereactor echter niet onbehandeld als warmtemedium worden toegepast, omdat de rookgassen hiervoor te veel zuurstof bevatten, in het algemeen 5-6 % zuurstof op volumebasis.

Volgens de uitvinding wordt de biomassa in de eerste behandelinrichting in relatief korte tijd - bijvoorbeeld in minder dan 300 seconden - verhit tot de torrefactietemperatuur. 25 Bij een opwarminrichting waarin de biomassadeeltjes in direct contact staan met een warmtemedium is volgens de uitvinding verrassenderwijs gebleken dat het warmtemedium dan een zuurstofgehalte tot 6 % op volumebasis mag bevatten. De aanwezigheid van een dergelijke hoeveelheid zuurstof blijkt niet of nauwelijks nadelige invloeden uit te oefenen op het torrefactieproces en het getorreficeerde product.

30 Dit is mogelijk doordat de biomassa sterke ontgassing ondergaat, waardoor er een uittredende gasstroming rondom de biomassadeeltjes aanwezig is. De verbindingen die in de aanvangsfase van het torrefactieproces ontstaan zijn vooral H20 en C02 en slecht brandbare verbindingen in een lage concentratie. In tegenstelling tot de stand van de techniek kunnen derhalve volgens de uitvinding goedkoop beschikbare rookgassen of 35 andere gassen met een relatief hoog zuurstofgehalte worden toegepast voor het verhitten van de biomassa in de eerste behandelinrichting.

-9-

De tweede behandelinrichting kan volgens de uitvinding eveneens op verschillende manieren zijn uitgevoerd. De tweede behandelinrichting volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd volgens het principe van een propstroomreactor. In een propstroomreactor bezitten alle biomassadeeltjes nagenoeg dezelfde tijd-5 temperatuurhistorie. Een voorbeeld van een propstroomreactor is een glijdendvastbedreactor of een schroefreactor.

Het is volgens de uitvinding mogelijk dat de biomassa in de tweede behandelinrichting gedurende de tweede tijdsduur op de temperatuur van minimaal 180 °C, bij voorkeur tussen 180-350 °C, wordt gehouden door het toevoeren van een heet gas aan 10 de tweede behandelinrichting, dat in direct contact met de biomassa in de tweede behandelinrichting wordt gebracht. Het hete gas dat wordt toegevoerd aan de tweede behandelinrichting kan maximaal 3 % zuurstof op volumebasis bevatten, bij voorkeur maximaal 2 % zuurstof op volumebasis. Het hete gas dat wordt toegevoerd aan de tweede behandelinrichting is bijvoorbeeld een inert gas.

15 Na het overbrengen van de ten minste gedeeltelijk getorreficeerde biomassa naar de tweede behandelinrichting wordt de biomassa in de tweede behandelinrichting gedurende de tweede tijdsduur op een torrefactietemperatuur gehouden. Als gevolg van de langere torrefactietijd kunnen in de tweede behandelinrichting verkolingsreacties plaatsvinden die aanleiding geven tot oxidatiereacties, in het bijzonder omdat de gasvormige 20 ontledingsproducten die na de initiële ontgassing vrijkomen beter brandbaar zijn.

Dit verschijnsel staat bekend als zelfontbranding of “self-heating”, en ontstaat als gedurende een langere periode warmte in de biomassa wordt geconserveerd. Door het toepassen van een inert tot zuurstofarm gas met een zuurstofgehalte van maximaal 3 % op volumebasis, bij voorkeur maximaal 2 % op volumebasis, in de tweede behandelinrichting 25 kan volgens de uitvinding via directe verhitting de biomassa op de gewenste torrefactietemperatuur worden gehouden terwijl verkoling nagenoeg is uitgesloten.

Als alternatief is het volgens de uitvinding mogelijk dat de biomassa in de tweede behandelinrichting gedurende de tweede tijdsduur op de temperatuur van minimaal 180 °C, bij voorkeur tussen 180-350 °C, wordt gehouden door een warmtemedium dat door middel 30 van een scheidingswand is gescheiden van de biomassa in de tweede behandelinrichting en via de scheidingswand in warmtewisselend contact staat met de biomassa in de tweede behandelinrichting. De tweede behandelinrichting is in dit geval uitgevoerd voor het indirect toevoeren van warmte aan de biomassa in de tweede behandelinrichting. Aangezien het warmtemedium in dit geval niet in contact staat met de biomassa die in de tweede 35 behandelinrichting wordt getorreficeerd, vormt de aanwezigheid van zuurstof in het warmtemedium geen beperking.

-10-

Het is volgens de uitvinding mogelijk dat de tweede behandelinrichting een buisvormige ruimte met een lengte en een diameter bepaalt, waarbij de lengte van de buisvormige ruimte groter of gelijk is aan de diameter van de buisvormige ruimte. In de tweede behandelinrichting kan zich in dit geval een turbulente stroming over het gehele 5 dwarsdoorsnedeoppervlak ontwikkelen, zodat de warmteoverdracht gunstig is.

Bijvoorbeeld is de tweede behandelinrichting voorzien van een toevoer voor het toevoeren van biomassadeeltjes van de biomassa, een afvoer voor het afvoeren van biomassadeeltjes van de biomassa, en een verplaatsingsinrichting voor het verplaatsen van de biomassadeeltjes vanaf de toevoer naar de afvoer. De verplaatsingsinrichting is 10 bijvoorbeeld een schroef, die de biomassadeeltjes door de tweede behandelinrichting beweegt.

In een uitvoering volgens de uitvinding omvat de eerste behandelinrichting een drooginrichting en een torrefactieinrichting, waarbij de biomassa met het daarin opgenomen vocht, bij voorkeur binnen maximaal 3 minuten, in hoofdzaak volledig wordt gedroogd in de 15 drooginrichting, en waarbij de gedroogde biomassa vanuit de drooginrichting naar de torrefactieinrichting wordt gebracht, en waarbij de gedroogde biomassa, bij voorkeur binnen maximaal 3 minuten, ten minste gedeeltelijk wordt getorreficeerd in de torrefactieinrichting.

Het drogen en opwarmen van de biomassa tot de torrefactietemperatuur wordt hierbij in twee stappen uitgevoerd. Eerst wordt de biomassa in de drooginrichting in hoofdzaak 20 volledig gedroogd, d.w.z. het vochtgehalte van de biomassa daalt in de drooginrichting tot 0-5 %. In de drooginrichting bereikt de biomassa bijvoorbeeld een temperatuur, die tussen 80-180 °C ligt, zoals een temperatuur van maximaal 150 °C. De biomassa kan in de drooginrichting echter ook tot een hogere temperatuur worden verhit, zoals tot maximaal 180 °C of maximaal 200 °C. De droging duurt bijvoorbeeld slechts minder dan 3 minuten of 25 zelfs minder dan 1 minuut. Vervolgens wordt de biomassa in de torrefactieinrichting opgewarmd tot een gewenste torrefactietemperatuur, bijvoorbeeld een temperatuur tussen 180-350 °C. De verblijftijd in de torrefactieinrichting is ook slechts minder dan 3 minuten of zelfs minder dan 1 minuut.

Het is daarbij mogelijk dat de drooginrichting en de torrefactieinrichting elk zijn 30 voorzien van een ringvormige behandelkamer die een in hoofdzaak verticale hartlijn bepaalt, welke behandelkamer een toevoer voor biomassadeeltjes, een afvoer voor biomassadeeltjes en een bodem omvat, welke bodem is voorzien van inlaatopeningen die schuin ten opzichte van de verticale hartlijn naar boven in de behandelkamer uitmonden, waarbij een heet gas wordt toegevoerd aan de inlaatopeningen voor het op de bodem 35 vormen van een gefluïdiseerd bed van biomassadeeltjes dat in omtreksrichting van de ringvormige behandelkamer wordt verplaatst. In deze uitvoering zijn de drooginrichting en de torrefactieinrichting elk uitgevoerd als torbedreactor. Met een torbedreactor kunnen de - 11 - biomassadeeltjes zeer snel worden gedroogd en/of opgewarmd tot de gewenste temperatuur.

Een uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding omvat het toevoeren van biomassa waarin een eerste hoeveelheid vocht is opgenomen aan een droger, en het 5 verwarmen van de biomassa met de eerste hoeveelheid vocht in de droger voor het verdampen van vocht uit die biomassa tot een tweede hoeveelheid vocht daarin achterblijft, die kleiner is dan de eerste hoeveelheid vocht, en waarbij de biomassa met de daarin opgenomen tweede hoeveelheid vocht wordt toegevoerd aan het torrefactiesysteem. Het vochtgehalte van de biomassa die aan de droger wordt toegevoerd is bijvoorbeeld 20-50 %. 10 Na de droger kan het vochtgehalte van de biomassa zijn gedaald tot 10-20 %. De tweede hoeveelheid vocht vormt een hoeveelheid restvocht. De biomassa met een dergelijk restvochtgehalte wordt vervolgens toegevoerd aan het torrefactiesysteem volgens de uitvinding.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het behandelen van 15 biomassa, omvattende: - een torrefactiesysteem, dat is voorzien van een toevoer voor het toevoeren van biomassa, waarin een hoeveelheid vocht is opgenomen, verhittingsmiddelen voor het verhitten van de biomassa met het daarin opgenomen vocht in het torrefactiesysteem tot een torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C voor het in hoofdzaak volledig drogen van 20 de biomassa met het daarin opgenomen vocht door verdamping van het vocht en het ten minste gedeeltelijk torreficeren van de gedroogde biomassa tot getorreficeerde biomassa, alsmede een afvoer voor het afvoeren van getorreficeerde biomassa.

Volgens de uitvinding omvat het torrefactiesysteem een eerste behandelinrichting en een tweede behandelinrichting, waarbij de eerste behandelinrichting is uitgevoerd voor het 25 daarin verhitten van de biomassa tot de torrefactietemperatuur binnen een eerste tijdsduur, en de eerste behandelinrichting en de tweede behandelinrichting met elkaar zijn verbonden voor het overbrengen van de biomassa vanuit de eerste behandelinrichting naar de tweede behandelinrichting, en waarbij de tweede behandelinrichting is uitgevoerd om de biomassa daarin gedurende een tweede tijdsduur die langer is dan de eerste tijdsduur op een 30 temperatuur van minimaal 180 °C te houden. Het verhitten van de biomassa met het daarin opgenomen vocht tot de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C en vervolgens het op de temperatuur van maximaal 180 °C houden kunnen worden uitgevoerd met een ondermaat aan zuurstof.

Het torrefactiesysteem kan volgens de uitvinding zijn uitgevoerd volgens een of meer 35 van de hierboven beschreven eigenschappen en/of een of meer van de maatregelen volgens conclusies 2-17.

- 12 -

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

Figuur 1 toont een schematisch processchema van een werkwijze voor het behandelen van biomassa volgens de uitvinding.

5 Figuur 2 toont een grafiek waarin de temperatuur van de biomassa afhankelijk van de tijd is weergegeven tijdens het uitvoeren van twee bekende torrefactieprocessen en het torrefactieproces volgens de uitvinding.

Figuur 3 toont een diagram waarin de verschillende ontledingsreacties voor hemicellulose, lignine en cellulose afhankelijk van de temperatuur zijn weergegeven.

10 Figuur 4 toont een grafiek waarin het massaverlies van hemicellulose, cellulose en lignine afhankelijk van de temperatuur zijn weergegeven.

Figuur 5 toont een grafiek waarin de temperatuur van de biomassa afhankelijk van de tijd is weergegeven tijdens het uitvoeren van twee bekende torrefactieprocessen en een tweede uitvoering van een torrefactieproces volgens de uitvinding.

15 Het torrefactiesysteem voor het behandelen van biomassa volgens de uitvinding is in zijn geheel aangeduid met 1. Met het torrefactiesysteem 1 wordt een torrefactieproces uitgevoerd, waarbij biomassa in een zuurstofarme tot zuurstofloze gasvormige omgeving, gewoonlijk onder atmosferisch druk, wordt verhit tot een torrefactietemperatuur van 180-350 °C. Het torrefactiesysteem 1 omvat een eerste behandelinrichting 3 met een toevoer 4 20 voor het toevoeren van biomassa. De toegevoerde biomassa heeft een vochtgehalte van bijvoorbeeld 5-20 %. De toegevoerde biomassa kan onbehandelde biomassa zijn of biomassa die is voorgedroogd in een droger (niet weergegeven) om het vochtgehalte in de biomassa te verlagen tot 5-20 %.

De eerste behandelinrichting 3 is in dit uitvoeringsvoorbeeld uitgevoerd als een 25 zogenaamde torbedreactor. De torbedreactor 3 omvat een ringvormige behandelkamer met een in hoofdzaak verticale hartlijn. De toevoer 4 voor het toevoeren van biomassa mondt uit in de behandelkamer. De behandelkamer heeft een ringvormige bodem, die is voorzien van inlaatopeningen die schuin naar boven en in omtreksrichting van de ringvormige bodem uitmonden (niet weergegeven).

30 De inlaatopeningen zijn verbonden met een inlaat 6 voor een heet gas. Door de stroming van het hete gas uit de inlaatopeningen ontstaat boven de ringvormige bodem een gefluïdiseerd bed van biomassadeeltjes, dat in omtreksrichting van de ringvormige behandelkamer ronddraait. In de behandelkamer vindt warmte-overdracht plaats door direct contact tussen het toegevoerde hete gas en de biomassadeeltjes. Na warmtewisseling met 35 de biomassadeeltjes verlaat het hete gas de eerste behandelinrichting 3 via een uitlaat 7.

Het torreficeren van de biomassadeeltjes begint pas nadat de temperatuur van de biomassadeeltjes is gestegen tot boven 180 °C. Afhankelijk van de biomassasoort kan het - 13- torreficeren van de biomassadeeltjes ook pas beginnen nadat de biomassadeeltjes een temperatuur van minimaal 200 °C bereiken. Aangezien de aan de eerste behandelinrichting 3 toegevoerde biomassa 5-20 % vocht bevat, moet eerst het vocht uit de biomassa verdampen totdat de biomassa nagenoeg vochtvrij is (droogfase). In de eerste 5 behandelinrichting 3 wordt derhalve de biomassa eerst in hoofdzaak volledig gedroogd en vervolgens verhit tot de gewenste torrefactietemperatuur. In dit uitvoeringsvoorbeeld wordt de biomassa in de eerste behandelinrichting verhit tot een torrefactietemperatuur van ongeveer 280°C (zie figuur 2).

Om de droogfase te doorlopen en de biomassa op de torrefactietemperatuur van 10 ongeveer 280 °C te brengen is met een vastbedreactor volgens de stand van de techniek ongeveer 20 minuten nodig (zie lijn 31 in figuur 2). Door toepassing van de eerste behandelinrichting 3 met het gefluïdiseerde bed van biomassadeeltjes, is de warmteoverdracht tussen het hete gas en de biomassadeeltjes aanzienlijk, zodat de biomassadeeltjes bijzonder snel drogen en verhitten tot de torrefactietemperatuur. Hiervoor 15 is bijvoorbeeld minder dan 2 minuten voldoende (zie lijn 33 in figuur 2).

In de eerste behandelinrichting 3 worden de biomassadeeltjes derhalve binnen een relatief korte eerste tijdsduur verhit tot de gewenste torrefactietemperatuur, in dit uitvoeringsvoorbeeld 280 °C. M.a.w. tijdens de relatief korte eerste tijdsduur in de eerste behandelinrichting worden de biomassadeeltjes in hoofdzaak volledig gedroogd, d.w.z. het 20 vochtgehalte daalt tot 0-5 %, en bereikt ten minste een deel van de biomassadeeltjes de gewenste torrefactietemperatuur.

De biomassadeeltjes kunnen slechts gedurende een beperkte tijd, zoals maximaal ongeveer 3 minuten, in de eerste behandelinrichting 3 verblijven, hetgeen samenhangt met de volume-inhoud van de behandelkamer van de eerste behandelinrichting 3. De gedroogde 25 en ten minste gedeeltelijk getorreficeerde biomassadeeltjes worden daarna uit de eerste behandelinrichting 3 afgevoerd via de afvoer 5. De verblijftijd van de biomassadeeltjes in de eerste behandelinrichting 3 kan niet of nauwelijks worden geregeld.

De lijn 32 in figuur 2 toont het temperatuurverloop als de biomassadeeltjes na de afvoer uit de eerste behandelinrichting 3 onmiddellijk zouden worden afgekoeld. Door 30 verblijftijdspreiding in de eerste behandelinrichting 3 zou dan een deel van de biomassadeeltjes de gewenste torrefactietemperatuur niet of slechts zeer kort bereiken. In het bijzonder de grotere biomassadeeltjes hebben meer tijd nodig om “door te warmen” en volledig te torreficeren. Daarom worden in de stand van de techniek meerdere torbedreactoren achter elkaar geschakeld, waarin de biomassadeeltjes op de 35 torrefactietemperatuur worden gehouden, hetgeen echter relatief duur is.

De biomassadeeltjes bestaan in hoofdzaak uit de polymeren cellulose, hemicellulose en lignine. Tijdens het verhitten van de biomassadeeltjes tot een temperatuur in het - 14- torrefactietemperatuurregime (boven 180 °C) ondergaan cellulose, hemicellulose en lignine ontledingsreacties, die zijn weergegeven in figuur 3.

Figuur 3 toont dat cellulose, hemicellulose en lignine verschillende ontledingsreacties ondergaan, die zijn aangegeven met A, B, C, D en E. De temperatuurgebieden volgens 5 figuur 3 hebben betrekking op houtachtige biomassa - voor andere biomassasoorten kunnen de overgangen tussen de verschillende ontledingsreacties bij andere temperaturen plaatsvinden. De ontledingsmechanismen van cellulose, hemicellulose en lignine als functie van temperatuur kunnen worden ingedeeld in: drogen (A), “glass transition” en/of “softening” (B), depolymerisatie en hercondensatie (C), beperkte ontgassing en carbonisatie (D), en 10 intensieve ontgassing en carbonisatie (E). Daarnaast bezitten cellulose, hemicellulose en lignine een verschillende mate van reactiviteit in het torrefactietemperatuurregime.

In de hierboven genoemde ontledingsmechanismen A, B en C treedt relatief weinig massaverlies op - hooguit een gewenste ontgassing waarbij CO2 en H20 worden gevormd. CO2 en H20 hebben geen calorische waarde, zodat deze ontgassing wel massaverlies maar 15 niet of nauwelijks energieverlies tot gevolg heeft. In het hierboven genoemde ontledingsmechanisme D neemt het massaverlies toe en in E verloopt de ontledingsreactie relatief snel. Tijdens de ontledingsmechanismen D en E wordt relatief veel energie naar de gasfase gebracht en neemt de energiewaarde van de biomassa af.

De reactiviteit voor cellulose, lignine en hemicellulose verschilt echter in sterke mate. 20 Hemicellulose is het meest thermolabiel en ondergaat ontgassing en carbonisatie tussen ongeveer 200-280 °C. Cellulose is dan nog relatief stabiel en ondergaat ontgassing en carbonisatie bij een temperatuur die hoger is dan ongeveer 250 °C. De ontleding van beide polymeren kenmerkt zich door een duidelijke piek in ontledingssnelheid. Zoals weergegeven in figuur 4 begint de ontleding van lignine bij ongeveer 200 °C, en verloopt vervolgens 25 relatief langzaam. Bij verhoging van de temperatuur neemt de ontledingsnelheid gematigd toe. Pas boven ongeveer 300 °C vindt sterkere ontgassing plaats, hoewel de reactiesnelheid daarbij kleiner is dan de reactiesnelheid die waarneembaar is voor beide andere polymeren.

Om een biomassabrandstof met optimale eigenschappen te produceren is het wenselijk dat na het torrefactieproces de massa-afname zo groot mogelijk, en het 30 energieverlies zo beperkt mogelijk is, terwijl de verdere gewenste eigenschappen eveneens zijn bereikt, zoals verbeterde maalbaarheid. De verbeterde eigenschappen worden vooral veroorzaakt door de vergaande ontleding van hemicellulose en depolymerisatie van cellulose. Hierdoor verliest de biomassa zijn integriteit, hetgeen resulteert in bijvoorbeeld verbeterde maalbaarheid en hogere stookwaarde van het getorreficeerde product.

35 Door de hoge opwarmsnelheden in de eerste behandelinrichting 3 kan bij een torrefactietemperatuur van 280 °C een massaopbrengst van 80 tot 90 % behaald worden bij een torrefactietijd van minder dan 300 seconden, bij voorkeur minder dan 180 seconden.

- 15-

Aangezien de reactiviteit van hemicellulose aanzienlijk hoger is dan de reactiviteit van cellulose en lignine, zal bij een dergelijke korte reactietijd de ontleding van cellulose en lignine nog nauwelijks optreden.

Nadat de biomassadeeltjes zijn afgevoerd uit de eerste behandelinrichting 3 worden 5 de biomassadeeltjes toegevoerd aan een toevoer 11 van een koelinrichting 10 (zie figuur 1). Hoewel de temperatuur van de biomassadeeltjes in de koelinrichting 10 boven de torrefactietemperatuur van 180 °C blijft, wordt in de koelinrichting 10 de temperatuur van de biomassadeeltjes verlaagd ten opzichte van de temperatuur van de biomassadeeltjes in de eerste behandelinrichting 3. De biomassadeeltjes worden in de koelinrichting 10 10 bijvoorbeeld afgekoeld tot een temperatuur van ongeveer 240 °C (zie lijn 33 in figuur 3).

Om de biomassadeeltjes af te koelen wordt een koelmedium toegevoerd via een inlaat 14. Het koelmedium is bijvoorbeeld een koelgas. Het koelmedium onttrekt warmte aan de biomassadeeltjes door direct contact tussen het koelmedium en de biomassadeeltjes, waardoor de temperatuur van het koelmedium stijgt. Het opgewarmde koelmedium verlaat 15 de koelinrichting 10 vervolgens via een uitlaat 15. De enigszins afgekoelde biomassadeeltjes worden afgevoerd uit de koelinrichting 10 via een afvoer 12.

De afvoer 12 van de koelinrichting 10 is aangesloten op een toevoer 19 van een tweede behandelinrichting 18. De tweede behandelinrichting 18 is uitgevoerd volgens het principe van een propstroomreactor. In dit uitvoeringsvoorbeeld is de tweede 20 behandelinrichting 18 gevormd dooreen bewegendbedreactor. De biomassadeeltjes worden in de tweede behandelinrichting gedurende een tweede tijdsduur op een torrefactietemperatuur gehouden die lager is dan de torrefactietemperatuur van de biomassadeeltjes in de eerste behandelinrichting. De temperatuur van de biomassadeeltjes in de tweede behandelinrichting ligt in dit uitvoeringsvoorbeeld rond 240 °C (zie lijn 33 in 25 figuur 2).

Om de biomassadeeltjes op de gewenste torrefactietemperatuur in de tweede behandelinrichting te houden heeft de tweede behandelinrichting 18 in dit uitvoeringsvoorbeeld twee inlaten 21,22. De eerste inlaat 21 van de tweede behandelinrichting is verbonden met de uitlaat 15 van de koelinrichting 10. Het opgewarmde 30 koelgas uit de koelinrichting 10 wordt derhalve via een leiding doorgeleid naar de tweede behandelinrichting 18. Daarnaast wordt een heet gas toegevoerd aan de tweede behandelinrichting 18 via de tweede inlaat 22. Deze gassen verlaten de tweede behandelinrichting 18 via de uitlaat 23.

In de tweede behandelinrichting 18 worden alle biomassadeeltjes “doorgewarmd”, 35 zodat gewaarborgd is dat alle biomassadeeltjes voldoende zijn getorreficeerd. De biomassadeeltjes worden vervolgens uit de tweede behandelinrichting 18 afgevoerd via de afvoer 20. De afvoer 20 van de tweede behandelinrichting 18 is in dit uitvoeringsvoorbeeld -16- aangesloten op een nabehandelingssysteem. Het nabehandelingssysteem omvat bijvoorbeeld een tweede koelinrichting 24 voor het afkoelen van de getorreficeerde biomassa tot een temperatuur van ongeveer 80 °C, en een inrichting voor het vermalen en persen van de biomassadeeltjes tot biomassabrandstofdeeltjes.

5 Door het afkoelen van de biomassadeeltjes tot een temperatuur van 240 °C nadat deze uit de eerste behandelinrichting 3 zijn afgevoerd, wordt de ontleding van hemicellulose in de eerste behandelinrichting 3 als het ware gescheiden van de ontleding van beide andere polymeren in de koelinrichting 10 en/of de tweede behandelinrichting 18.

Tijdens het verhitten van de biomassadeeltjes in de eerste behandelinrichting 3 tot 10 de torrefactietemperatuur van ongeveer 280 °C in relatief korte tijd, bijvoorbeeld in maximaal 3 minuten, treedt ontleding van hemicellulose op, maar wordt de ontleding van cellulose en lignine grotendeels voorkomen. Door de temperatuur van de biomassadeeltjes in de koelinrichting 10 tot 240 °C te verlagen en vervolgens in de tweede behandelinrichting 18 op die temperatuur vast te houden, blijft de verdere ontleding van cellulose en lignine in 15 hoofdzaak beperkt tot depolymerisatie en hercondensatie.

Bij depolymerisatie en hercondensatie in de tweede behandelinrichting 18 wordt relatief veel C02 en H20 gevormd, hetgeen massaverlies oplevert terwijl de energie in de biomassadeeltjes behouden blijft. Bovendien ontstaat een verhoogde concentratie van lignine, die verrassenderwijs grotendeels intact is gebleven. Hierdoor kunnen de plastische 20 en bindende eigenschappen tijdens het verdichten van de biomassa optimaal benut worden.

In een tweede uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het afkoelen van de biomassa tot een lagere torrefactietemperatuur na het afvoeren van de biomassa uit de eerste behandelinrichting 3 niet uitgevoerd. De afvoer 5 van de eerste behandelinrichting 3 is in dit geval direct aangesloten op de toevoer 19 van de tweede behandelinrichting 18 25 (niet weergegeven). Het temperatuurverloop afhankelijk van de tijd is voor deze uitvoering weergegeven in figuur 5.

De uitvinding is niet beperkt tot het in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld. De vakman kan verschillende aanpassingen aanbrengen die binnen de reikwijdte van de uitvinding liggen. Bijvoorbeeld is het volgens de uitvinding mogelijk dat de eerste 30 behandelinrichting niet is uitgevoerd als een torbedreactor, maar als een andere direct verhitte, continu ideaal geroerde tank (CIGT) reactor of nog anders. Daarnaast kunnen een of meer van de hierboven beschreven maatregelen afzonderlijk of in combinatie worden toegepast bij een of meer van de hiernavolgende conclusies.

35

Claims

1. Werkwijze voor het behandelen van biomassa, omvattende: - het toevoeren van biomassa, waarin een hoeveelheid vocht is opgenomen, aan een torrefactiesysteem (1), - het verhitten van de biomassa met het daarin opgenomen vocht in het 5 torrefactiesysteem (1) tot een torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C, waarbij de biomassa met het daarin opgenomen vocht in hoofdzaak volledig wordt gedroogd door verdamping van het vocht en de gedroogde biomassa ten minste gedeeltelijk torreficeert tot getorreficeerde biomassa, met het kenmerk, dat het torrefactiesysteem (1) een eerste behandelinrichting (3) en 10 een tweede behandelinrichting (18) omvat, waarbij het verhitten van de biomassa tot de torrefactietemperatuur wordt uitgevoerd in de eerste behandelinrichting (3) binnen een eerste tijdsduur, en de ten minste gedeeltelijk getorreficeerde biomassa na de eerste tijdsduur uit de eerste behandelinrichting (3) wordt verwijderd, en waarbij de uit de eerste behandelinrichting (3) verwijderde biomassa naar de tweede behandelinrichting (18) wordt 15 gebracht en vervolgens gedurende een tweede tijdsduur die langer is dan de eerste tijdsduur op een temperatuur van minimaal 180 °C in de tweede behandelinrichting (18) wordt gehouden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de eerste tijdsduur maximaal 10 minuten is, 20 bij voorkeur maximaal 3 minuten.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de tweede tijdsduur minimaal 3 minuten is, bij voorkeur minimaal 5 minuten, zoals minimaal 10 minuten of minimaal 20 minuten.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de biomassa met het daarin opgenomen vocht in de eerste behandelinrichting (3) wordt verhit tot een temperatuur die hoger is dan 230 °C, bij voorkeur hoger dan 260 °C, en waarbij de biomassa in de tweede behandelinrichting (18) op een temperatuur wordt gehouden die lager is dan de hoogste temperatuur die de biomassa in de eerste behandelinrichting (3) bereikt. 30

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de biomassa met het daarin opgenomen vocht in de eerste behandelinrichting (3) wordt verhit tot een temperatuur tussen 260-290 °C, en waarbij de biomassa in de tweede behandelinrichting (18) op een temperatuur tussen 230-260 °C wordt gehouden. 35 -18-

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de biomassa in de eerste behandelinrichting (3) tot de torrefactietemperatuur wordt verhit door het toevoeren van een heet gas aan de eerste behandelinrichting (3), dat in direct contact met de biomassa wordt gebracht. 5

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij het hete gas wordt toegevoerd aan de eerste behandelinrichting (3) voor het fluïdiseren van biomassadeeltjes van de biomassa in de eerste behandelinrichting (3).

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste behandelinrichting (3) van het type continu ideaal geroerde tank (CIGT) reactor is.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste behandelinrichting (3) is voorzien van een ringvormige behandelkamer die een in hoofdzaak 15 verticale hartlijn bepaalt, welke behandelkamer een toevoer (4) voor biomassadeeltjes, een afvoer (5) voor biomassadeeltjes en een bodem omvat, welke bodem is voorzien van inlaatopeningen die schuin ten opzichte van de verticale hartlijn naar boven in de behandelkamer uitmonden, waarbij een heet gas wordt toegevoerd aan de inlaatopeningen voor het op de bodem vormen van een gefluïdiseerd bed van biomassadeeltjes dat in 20 omtreksrichting van de ringvormige behandelkamer wordt verplaatst.

10. Werkwijze volgens een van de conclusies 6-9, waarbij het hete gas dat wordt toegevoerd aan de eerste behandelinrichting (3) minimaal 2 % zuurstof op volumebasis bevat, bij voorkeur minimaal 3 % zuurstof op volumebasis of minimaal 4 % zuurstof op 25 volumebasis.

11. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de biomassa in de tweede behandelinrichting (18) gedurende de tweede tijdsduur op de temperatuur van minimaal 180 °C wordt gehouden door het toevoeren van een heet gas aan de tweede 30 behandelinrichting (18), dat in direct contact met de biomassa in de tweede behandelinrichting (18) wordt gebracht.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij het hete gas dat wordt toegevoerd aan de tweede behandelinrichting (18) maximaal 3 % zuurstof op volumebasis bevat, bij voorkeur 35 maximaal 2 % zuurstof op volumebasis. -19-

13. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de biomassa in de tweede behandelinrichting (18) gedurende de tweede tijdsduur op de temperatuur van minimaal 180 °C wordt gehouden door een warmtemedium dat door middel van een scheidingswand is gescheiden van de biomassa in de tweede behandelinrichting (18) en via 5 de scheidingswand in warmtewisselend contact staat met de biomassa in de tweede behandelinrichting (18).

14. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de tweede behandelinrichting (18) van het type propstroomreactor is. 10

15. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste behandelinrichting (3) een drooginrichting en een torrefactieinrichting omvat, en waarbij de biomassa met het daarin opgenomen vocht in hoofdzaak volledig wordt gedroogd in de drooginrichting, en waarbij de gedroogde biomassa vanuit de drooginrichting naar de 15 torrefactieinrichting wordt gebracht, en waarbij de gedroogde biomassa ten minste gedeeltelijk wordt getorreficeerd in de torrefactieinrichting.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, waarbij de biomassa in de drooginrichting wordt verhit tot een temperatuur die tussen 80-180 °C ligt, en waarbij de gedroogde biomassa in 20 de torrefactieinrichting wordt verhit tot de torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C.

17. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de werkwijze omvat het toevoeren van biomassa waarin een eerste hoeveelheid vocht is opgenomen aan een droger, en het verwarmen van de biomassa met de eerste hoeveelheid vocht in de droger 25 voor het verdampen van vocht uit die biomassa tot een tweede hoeveelheid vocht daarin achterblijft, die kleiner is dan de eerste hoeveelheid vocht, en waarbij de biomassa met de daarin opgenomen tweede hoeveelheid vocht wordt toegevoerd aan het torrefactiesysteem.

18. Inrichting voor het behandelen van biomassa, omvattende: 30. een torrefactiesysteem (1), dat is voorzien van een toevoer (4) voor het toevoeren van biomassa, waarin een hoeveelheid vocht is opgenomen, verhittingsmiddelen voor het verhitten van de biomassa met het daarin opgenomen vocht in het torrefactiesysteem (1) tot een torrefactietemperatuur van minimaal 180 °C voor het in hoofdzaak volledig drogen van de biomassa met het daarin opgenomen vocht door verdamping van het vocht en het ten 35 minste gedeeltelijk torreficeren van de gedroogde biomassa tot getorreficeerde biomassa, alsmede een afvoer voor het afvoeren van getorreficeerde biomassa, -20- met het kenmerk, dat het torrefactiesysteem (1) een eerste behandelinrichting (3) en een tweede behandelinrichting (18) omvat, waarbij de eerste behandelinrichting (3) is uitgevoerd voor het daarin verhitten van de biomassa tot de torrefactietemperatuur binnen een eerste tijdsduur, en de eerste behandelinrichting (3) en de tweede behandelinrichting 5 (18) met elkaar zijn verbonden voor het verplaatsen van de biomassa vanuit de eerste behandelinrichting (3) naar de tweede behandelinrichting (18), en waarbij de tweede behandelinrichting (18) is uitgevoerd om de biomassa daarin gedurende een tweede tijdsduur die langer is dan de eerste tijdsduur op een temperatuur van minimaal 180 °C te houden.